[0001] La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de séparation d'air
par distillation cryogénique.
[0002] L'invention propose en particulier une méthode de production d'oxygène pur utilisant
une unité de séparation d'air à double vaporiseur.
[0003] Le procédé selon l'invention permet la production d'oxygène liquide pur (contenant
au moins 99% mol., voire au moins 99,6% mol. d'oxygène) sur un appareil produisant
de l'oxygène gazeux impur (inférieur à 97% mol., voire à 96% mol.) à faible pression,
par exemple dans le cadre d'un appareil pour l'oxycombustion.
[0004] Les schémas d'unités de séparation d'air (ASU) produisant l'oxygène destiné à une
centrale à charbon à oxycombustion comprennent en général deux vaporiseurs (voire
trois) situés entre la colonne moyenne pression (colonne MP) et la colonne basse pression
(colonne BP). L'installation de ces deux vaporiseurs permet de réduire la pression
de la colonne MP jusqu'à une valeur de l'ordre de 3 bar absolus, ce qui permet de
minimiser la consommation énergétique de l'ASU.
[0005] La pureté de l'oxygène produit par ce type de centrale est typiquement comprise entre
95 et 97% mol. O
2. La vaporisation de l'oxygène est assurée dans un vaporiseur dédié. Les frigories
de vaporisation de l'oxygène liquide sont utilisées pour condenser de l'air gazeux.
Un procédé de ce genre est connu de
US-A-4936099 et de
EP-A-0547946.
[0006] Par ailleurs, on peut tenter de profiter de l'installation d'un tel ASU pour produire
de l'azote liquide pur et de l'oxygène pur (pureté de l'ordre de 99,6%), stockés puis
destinés au commerce liquide par camions.
[0007] La production d'azote liquide ne pose pas de difficulté majeure, car il suffit de
rajouter des plateaux en haut de la colonne MP pour atteindre la pureté désirée, sans
impact sur le reste du procédé de l'ASU, à part le coût de l'énergie de liquéfaction.
[0008] En revanche, la production d'oxygène pur (> 99,6%) induit un impact plus important
sur le procédé ; en effet, la pureté du liquide produit est nettement supérieure à
celle de l'oxygène gazeux livré à la centrale à oxycombustion. Il est donc nécessaire
d'installer une petite colonne supplémentaire, récupérant une fraction du débit liquide
recueilli dans la colonne BP (en cuve ou à un plateau intermédiaire), le distillant,
ce qui permet de récupérer en bas de cette petite colonne additionnelle l'oxygène
pur destiné au commerce par camions. Le retour gazeux depuis la colonne de LOX pur
s'effectue alors au même niveau que le piquage de liquide dans la colonne BP.
[0009] Néanmoins, la pression de la colonne MP est tellement basse qu'il n'est pas possible
d'utiliser un des débits gazeux entrant ou sortant de la colonne MP ni de la colonne
BP pour se condenser dans le vaporiseur de cuve de la colonne de LOX pure additionnelle
(leur température de condensation est trop basse).
[0010] L'invention décrite ici propose d'utiliser comme fluide se condensant, une fraction
de l'air gazeux sortant de la ligne d'échange et qui va par la suite entrer dans l'échangeur
dédié assurant la vaporisation de la production d'oxygène pur (qu'on désigne par le
terme d'air HP). Ce débit d'air est comprimé en amont de la ligne d'échange principale
par le surpresseur (BAC) de l'unité.
[0011] La pression de ce débit est de l'ordre de 4,5 bars abs, supérieure à celle de la
colonne MP, et telle que sa température de bulle soit supérieure à la température
d'équilibre de l'oxygène liquide pur.
[0012] L'écart de température entre le débit d'air considéré et l'oxygène pur est de l'ordre
de 2 à 3°C, valeur assez élevée, ce qui permet d'installer un vaporiseur de petite
taille.
[0013] Dans l'invention, selon la variante de la Figure 1, la production d'oxygène liquide
pur est gratuite en termes d'énergie de séparation et ne joue pas sur l'énergie de
séparation de la production de l'oxygène gazeux impur. Il faut juste payer l'énergie
de liquéfaction. L'appoint frigorifique peut être effectué par un système de liquéfaction
indépendant de l'ASU.
[0014] L'invention propose une méthode permettant de produire de l'oxygène pur (Pureté >
99,6%) sur une unité de séparation d'air à double vaporiseur, typiquement utilisée
pour l'oxycombustion, dont la majorité de l'oxygène est produite à une pureté de l'ordre
de 95 à 97%.
[0015] En effet, sur ce type de procédé, hormis l'air HP, il n'existe pas de fluide disponible
à température de condensation suffisamment haute pour réaliser le rebouillage de la
colonne d'oxygène pur.
[0016] A l'heure actuelle, il n'existe pas de solution référencée pour produire de l'oxygène
pur sur une unité de séparation d'air à double vaporiseur.
[0017] On pourrait utiliser, dans ce but, un débit soutiré à un niveau intermédiaire (et
donc à température plus élevée) dans la ligne d'échange principale, mais ceci complexifierait
le procédé. Ce serait également moins efficace car il s'agirait d'utiliser de la chaleur
sensible contre de la chaleur latente.
[0018] On trouve fréquemment des unités de séparation d'air (ASU) à un seul vaporiseur,
où une petite colonne produisant de production l'oxygène ultra-pur est rajoutée en
cuve de la colonne BP. Dans ce cas, la pression de la colonne MP est de l'ordre de
5 à 6 bars et le rebouillage de la colonne de LOX ultra pur est assuré par une fraction
du débit d'air gazeux alimentant la colonne MP.
[0019] EP-A-0793069 décrit un procédé selon le préambule de la revendication 1. Selon ce procédé, de
l'air à une première pression est utilisé pour vaporiser de l'oxygène dans un vaporiseur
et de l'air à une deuxième pression, plus élevée que la première, est utilisée pour
le rebouillage d'une colonne d'oxygène pur.
[0020] US-A-5916262 décrit un procédé de production d'oxygène à deux puretés, utilisant une colonne d'épuration
d'oxygène chauffé en cuve par de l'air. De l'oxygène liquide pressurisé par pompe
est également vaporisé dans la ligne d'échange principale par échange de chaleur avec
de l'air surpressé.
[0021] La présente invention propose de produire de l'oxygène pur sur un schéma à double
vaporiseur en installant une colonne d'oxygène pur supplémentaire, dont la pression
est égale à la pression de la colonne BP.
[0022] Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé selon la revendication 1.
[0023] Selon d'autres aspects facultatifs de l'invention :
- on pressurise le premier débit de liquide riche en oxygène en amont du vaporiseur.
- on divise de l'air surpressé à la deuxième pression en deux parties, on envoie une
première partie d'air surpressé à la deuxième pression au rebouilleur de cuve de la
colonne d'oxygène pur et on envoie une deuxième partie d'air surpressé à la deuxième
pression au vaporiseur.
- on envoie de l'air à la première pression au rebouilleur de cuve de la colonne basse
pression pour le chauffer.
- tout l'air est divisé en un débit à la première pression et un débit à la deuxième
pression en amont de la ligne d'échange.
- le premier débit de liquide riche en oxygène se vaporise partiellement dans le vaporiseur,
le liquide formé constituant le deuxième débit de liquide riche en oxygène.
- le débit d'air surpressé à la deuxième pression chauffe d'abord le rebouilleur de
cuve de la colonne d'oxygène pur et ensuite le vaporiseur.
- de l'air à la première pression se refroidit dans la ligne d'échange et est envoyé
sous forme gazeuse à la colonne moyenne pression.
- un liquide cryogénique d'une source auxiliaire est envoyé à la double colonne.
[0024] Les termes « moyenne pression » et « basse pression » désignent simplement que la
colonne moyenne pression opère à une pression plus élevée que la colonne basse pression.
Ces termes sont communs dans l'art et clairs pour l'homme de l'art.
[0025] Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil selon la revendication
6. Selon d'autres objets facultatifs de l'invention, il est prévu que l'appareil comprenne
:
- les moyens pour envoyer l'air surpressé du surpresseur au vaporiseur sont reliés au
rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur de sorte que l'air destiné au vaporiseur
passe à travers le rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur.
- les moyens pour envoyer un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de la
colonne d'oxygène pur sont constitués par la conduite pour envoyer un liquide de cuve
de la colonne basse pression en tête de la colonne d'oxygène pur.
- des moyens pour diviser l'air surpressé à la deuxième pression en deux parties, les
moyens pour envoyer de l'air surpressé à la deuxième pression du surpresseur au vaporiseur
et la conduite pour envoyer un débit d'air surpressé à la deuxième pression au rebouilleur
de cuve de la colonne d'oxygène pur étant reliés de sorte qu'une partie d'air surpressé
est envoyée au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur et une autre partie
d'air surpressé est envoyée au vaporiseur.
[0026] Le vaporiseur ne fait pas partie d'une colonne de distillation ou d'épuisement.
[0027] L'appareil peut comprendre des moyens pour envoyer un liquide cryogénique à la colonne
basse pression d'une source extérieure.
[0028] L'appareil peut comprendre une conduite pour envoyer le débit d'air surpressé du
rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur au vaporiseur et une conduite pour
envoyer l'air du vaporiseur à la colonne moyenne pression et/ou à la colonne basse
pression.
[0029] Selon une autre variante l'appareil comprend une conduite pour envoyer le débit d'air
surpressé du rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur directement à la colonne
moyenne pression et/ou à la colonne basse pression.
[0030] La principale caractéristique innovante de l'invention présentée ici est que le rebouillage
de la colonne d'oxygène pur est réalisé par une fraction du débit d'air gazeux sortant
de la ligne d'échange principale, comprimée par un surpresseur à la pression requise
pour la vaporisation d'oxygène dans le vaporiseur (air HP). Cette fraction d'air HP
se condense partiellement ou totalement dans le condenseur de la colonne d'oxygène
pur.
[0031] Selon une variante, le débit d'air surpressé partiellement condensé, éventuellement
après avoir séparé la partie condensée (qui est alors envoyée dans la colonne MP),
est ensuite envoyé dans le vaporiseur produit où il finit de se condenser totalement.
La condensation partielle de l'air surpressé permet, avec un débit quasi-nominal de
production du GOX et la même pression, de faire fonctionner le vaporiseur en cuve
de colonne pur, puis celui du vaporiseur produit. Le rebouillage de la colonne d'oxygène
liquide pur est donc gratuit par rapport à l'énergie nécessaire pour vaporiser la
production.
[0032] La pression de ce débit d'air est supérieure à la pression de la colonne MP (typiquement
de l'ordre de 4,5 bar abs. contre 3,2 bar abs.).
[0033] On prélève une partie du liquide impur dans le vaporiseur produit (au même niveau
et à la place de la purge de déconcentration du vaporiseur) que l'on envoie dans la
colonne d'oxygène liquide pur qui est une colonne à distiller sensiblement à la même
pression que le vaporiseur produit..
[0034] Le reflux gazeux impur issu de la colonne d'oxygène pur est mélangé avec le flux
gazeux issu du vaporiseur produit, les deux flux constituant le débit nominal de production
du GOX impur.
[0035] Le liquide pur est prélevé en cuve de la colonne d'oxygène pur. Il sert aussi de
purge de déconcentration de l'ensemble de l'appareil.
[0036] L'appoint de frigories peut être apporté par un liquéfacteur indépendant, par exemple
par production d'azote liquide, à partir d'azote pur (issu d'un minaret), qui serait
alors rajouté sous forme liquide dans l'appareil. S'il n'y a pas de production d'azote
pur liquide, on peut envisager de liquéfier de l'azote résiduaire dans un liquéfacteur
indépendant.
[0037] Si la production de liquide pur est faible, on peut aussi envisager d'avoir un système
de production de froid intégré à l'ASU.
[0038] L'invention sera décrite en plus de détail en se référant à la Figure 1 qui illustre
un procédé de séparation d'air qui n'est pas selon l'invention et aux Figures 1bis
et 2, qui illustrent des procédés de séparation d'air selon l'invention.
[0039] Dans la Figure 1, l'air est séparé dans un ASU comprenant une double colonne de séparation
d'air, comprenant une colonne moyenne pression 23 et une colonne basse pression 25.
Des frigories pour la séparation sont fournies par détente d'azote moyenne pression
dans une turbine 47. L'appareil comprend une colonne d'oxygène liquide pur 49, une
pompe 57, un vaporiseur 51 et une ligne d'échange 63.
[0040] L'air 1 est pressurisé par un compresseur 3 à une pression entre 2,5 et 4,5 bars
abs. L'air est ensuite épuré dans une unité d'épuration 5 par adsorption. L'air épuré
7 est divisé en deux parties. Une partie 9 est surpressée dans un surpresseur 13 jusqu'à
une pression d'entre 4.et 20 bars abs et puis refroidie dans la ligne d'échange 63
jusqu'au bout froid. L'air 9 est divisé en deux fractions 15, 17. Une fraction 15
est envoyée au vaporiseur 51 où elle sert à vaporiser partiellement de l'oxygène liquide
comprenant au plus 97 % mol. d'oxygène, pour produire l'oxygène gazeux 59 qui se réchauffe
dans la ligne d'échange 63. Ce gaz 59 est envoyé à une unité d'oxycombustion. Un liquide
riche en oxygène 53 est soutiré du vaporiseur 51 comme purge. L'air se trouve condensé.
L'autre fraction de l'air 17 est envoyée au rebouilleur de cuve 61 de la colonne d'oxygène
pur 49. Cette colonne comporte le rebouilleur de cuve et des moyens d'échange de chaleur
et de matière au-dessus de ce rebouilleur. De l'oxygène liquide 65 comprenant au plus
97% mol. d'oxygène est envoyé en tête de la colonne 49 et s'enrichit pour former le
produit liquide 71 soutiré en cuve et contenant au moins 98% mol. d'oxygène. L'oxygène
gazeux 67 de tête de la colonne 49 est envoyé en cuve de la colonne basse pression
25. L'air condensé 17 se mélange avec l'air condensé provenant du vaporiseur 51 et,
après détente dans une vanne 21, est envoyé à la colonne MP 23, qui opère à entre
2,5 et 4,5 bars abs.
[0041] Une autre partie 11 de l'air est refroidie dans la ligne d'échange 63, est envoyée
au rebouilleur de cuve 35 de la colonne BP 25, s'y condense au moins partiellement
et est envoyée en cuve de la colonne MP 23, en dessous du point d'arrivée d'air liquide
19.
[0042] Du liquide enrichi en oxygène 27 est soutiré de la cuve de la colonne MP 23, refroidi
dans le sous-refroidisseur 33, détendu et envoyé à la colonne BP 25. Du liquide 29
est soutiré de la colonne MP 23, refroidi dans le sous-refroidisseur 33, détendu et
envoyé à la colonne BP 25. Du liquide riche en azote 31 est soutiré de la tête de
la colonne MP 23, refroidi dans le sous-refroidisseur 33, détendu et envoyé à la tête
de la colonne BP 25.
[0043] De l'azote basse pression 39 est soutiré en tête de la colonne BP, réchauffé dans
le sous-refroidisseur 33 et réchauffé dans la ligne d'échange 63.
[0044] De l'azote moyenne pression 41 est divisé en deux pour former une partie 43 et une
partie 45. La partie 43 sert à chauffer le rebouilleur intermédiaire 37 de la colonne
basse pression 25. La partie 45 se réchauffe dans la ligne d'échange 63, est détendue
dans la turbine 47 et est renvoyée à la ligne d'échange 63. De l'oxygène liquide est
soutiré de la cuve de la colonne BP et divisé en deux. Une partie 55 est pressurisée
dans la pompe 57 en amont du vaporiseur 51 et le reste 65 est envoyé en tête de la
colonne d'oxygène pur 49 sans avoir été pressurisé. La tête de la colonne d'oxygène
pur 49 se trouve donc à la même pression que la cuve de la colonne basse pression
25. Tout ou une partie du liquide de purge 53 peut également alimenter la tête de
la colonne 49.
[0045] Un débit de liquide cryogénique 69, par exemple de l'azote liquide, est envoyé en
tête de la colonne BP pour tenir le procédé en froid.
[0046] Le procédé de la Figure 1 bis diffère de celui de la Figure 1 en ce que la colonne
49 est alimentée en tête exclusivement par la purge 53 du vaporiseur 51, suite à une
étape de détente dans une vanne. Le rebouilleur de cuve 61 de la colonne 49 est toujours
chauffé par l'air surpressé 17, l'air ainsi condensé étant mélangé avec l'air surpressé
15 qui a servi à chauffer le vaporiseur 51. Il est également possible d'alimenter
la colonne avec du liquide de purge 53 et de l'oxygène liquide 65 provenant de la
cuve de la colonne basse pression 25.
[0047] Le procédé de la Figure 2 diffère de celui de la Figure 1 en ce que le débit d'air
9 est envoyé d'abord au vaporiseur de cuve 61 de la colonne d'oxygène pur 49 et ensuite
au vaporiseur 51 où il se condense. L'air ainsi formé est détendu dans la vanne 21
et envoyé à la colonne moyenne pression 23. La fraction d'air 11 se refroidit dans
la ligne d'échange 11 et est envoyée à la cuve de la colonne moyenne pression 23 sans
avoir été détendue ou comprimée en aval du compresseur 3.
[0048] Le rebouilleur intermédiaire 37 est toujours chauffé par de l'azote moyenne pression
43 mais une autre partie de l'azote moyenne pression 73 est comprimée dans un surpresseur
froid 71 à partir d'une température cryogénique et envoyée au rebouilleur de cuve
35. L'azote condensé est détendu dans une vanne 36 et envoyé en tête de la colonne
MP 23. L'oxygène de cuve 55 de la colonne basse pression est entièrement pressurisé
dans la pompe 57 envoyé au vaporiseur 51 où il se vaporise partiellement. Le gaz vaporisé
constitue le produit d'oxygène gazeux 59 contenant moins que 97% mol. d'oxygène. Le
liquide non-vaporisé 53 alimente la tête de la colonne 49. L'oxygène gazeux 67 de
tête de la colonne 49 est mélangé avec l'oxygène gazeux 59. L'oxygène liquide 71 constitue
le produit liquide. Dans ce cas, la colonne d'oxygène pur 49 n'opère pas à la même
pression que la colonne BP 25.
[0049] Le procédé de la Figure 1 ou 1 bis peut utiliser de l'azote pour chauffer le rebouilleur
de cuve 35 et le procédé de la Figure 2 peut utiliser de l'air pour chauffer le rebouilleur
de cuve 35.
1. Procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans une unité de séparation
comprenant une colonne moyenne pression (23) et une colonne basse pression (25), reliées
thermiquement entre elles, la colonne basse pression comprenant un rebouilleur de
cuve (35) et un rebouilleur intermédiaire (37) et une colonne d'oxygène pur (49) dans
lequel
i) on envoie de l'air gazeux épuré puis refroidi à une première pression dans une
ligne d'échange à la colonne moyenne pression,
ii) on envoie un liquide enrichi en oxygène et un liquide enrichi en azote de la colonne
moyenne pression à la colonne basse pression,
iii)on soutire un gaz riche en azote de la colonne basse pression,
iv)on soutire un liquide riche en oxygène contenant au plus 97% mol. d'oxygène en
cuve de la colonne basse pression,
v) on envoie un premier débit de liquide riche en oxygène à un vaporiseur (51) et
on envoie l'oxygène gazeux ainsi formé à la ligne d'échange,
vi)on envoie un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de la colonne d'oxygène
pur, ayant un rebouilleur de cuve (61), où il s'épure pour former un liquide de cuve
contenant au moins 98% mol. d'oxygène,
vii) on envoie un débit d'air surpressé à une deuxième pression, supérieure à la première
pression, au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur,
viii) on soutire un gaz riche en azote en tête de la colonne moyenne pression, on
l'envoie au rebouilleur intermédiaire de la colonne basse pression et on envoie le
gaz condensé à la tête de la colonne moyenne pression, et
ix)on envoie un gaz riche en azote ou de l'air au rebouilleur de cuve de la colonne
basse pression et on envoie le liquide qui s'y condense à la colonne moyenne pression
caractérisé en ce que l'on soutire du liquide de cuve de la colonne d'oxygène pur comme produit, on envoie
de l'air surpressé à la deuxième pression au vaporiseur pour vaporiser le premier
débit de liquide riche en oxygène et le premier débit de liquide riche en oxygène
est moins riche en oxygène que le deuxième débit de liquide riche en oxygène.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on pressurise le premier débit de liquide
riche en oxygène en amont du vaporiseur (51).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le premier débit de liquide riche
en oxygène se vaporise partiellement dans le vaporiseur (51), le liquide formé constituant
le deuxième débit de liquide riche en oxygène.
4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel le débit d'air surpressé à la deuxième
pression chauffe d'abord le rebouilleur de cuve (61) de la colonne d'oxygène pur (49)
et ensuite le vaporiseur (51).
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel un liquide cryogénique
(69) d'une source auxiliaire est envoyé à la double colonne.
6. Appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant une colonne moyenne
pression (23) et une colonne basse pression (25), reliées thermiquement entre elles,
la colonne basse pression comprenant un rebouilleur de cuve (35) et un rebouilleur
intermédiaire (37) et une colonne d'oxygène pur (49), une ligne d'échange (63), un
vaporiseur (51), des moyens pour envoyer de l'air gazeux épuré puis refroidi à une
première pression de la ligne d'échange à la colonne moyenne pression, des moyens
pour envoyer un liquide enrichi en oxygène et un liquide enrichi en azote de la colonne
moyenne pression à la colonne basse pression, des moyens pour soutirer un gaz riche
en azote de la colonne basse pression, des moyens pour soutirer un liquide riche en
oxygène contenant au plus 97% mol. d'oxygène en cuve de la colonne basse pression,
des moyens pour envoyer un premier débit de liquide riche en oxygène au vaporiseur,
une conduite pour envoyer l'oxygène gazeux ainsi formé à la ligne d'échange, des moyens
pour envoyer un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de la colonne d'oxygène
pur, ayant un rebouilleur de cuve (61), où il s'épure pour former un liquide de cuve
contenant au moins 98% mol. d'oxygène, un surpresseur (13), une conduite pour envoyer
un débit d'air surpressé (17) dans le surpresseur à une deuxième pression supérieure
à la première pression au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur, des conduites
pour soutirer un gaz riche en azote en tête de la colonne moyenne pression, pour l'envoyer
au rebouilleur intermédiaire de la colonne basse pression et pour envoyer le gaz condensé
à la tête de la colonne moyenne pression et des conduites pour envoyer un gaz riche
en azote ou de l'air au rebouilleur de cuve de la colonne basse pression et pour envoyer
le liquide qui s'y condense à la colonne moyenne pression caractérisé en ce qu'il comprend une conduite pour soutirer du liquide de cuve (71) de la colonne d'oxygène
pur comme produit, des moyens pour envoyer de l'air surpressé (15) à la deuxième pression
du surpresseur au vaporiseur, et une conduite pour envoyer un liquide (53) du vaporiseur
(51) en tête de la colonne d'oxygène pur (49).
7. Appareil selon la revendication 6 comprenant : une conduite pour envoyer un liquide
de cuve (65) de la colonne basse pression (25) en tête de la colonne d'oxygène pur
(49).
8. Appareil selon la revendication 7 dans lequel les moyens pour envoyer l'air surpressé
du surpresseur (3) au vaporiseur (51) sont reliés au rebouilleur de cuve (61) de la
colonne d'oxygène pur (49) de sorte que l'air destiné au vaporiseur passe à travers
le rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur.
9. Appareil selon la revendication 7 dans lequel les moyens pour envoyer un deuxième
débit de liquide riche en oxygène en tête de la colonne d'oxygène pur sont constitués
par la conduite pour envoyer un liquide de cuve de la colonne basse pression (65)
en tête de la colonne d'oxygène pur (49).
10. Appareil selon la revendication 6, 7 ou 8 comprenant des moyens pour diviser l'air
surpressé à la deuxième pression en deux parties, les moyens pour envoyer de l'air
surpressé à la deuxième pression du surpresseur (3) au vaporiseur (51) et la conduite
pour envoyer un débit d'air surpressé à la deuxième pression au rebouilleur de cuve
(61) de la colonne d'oxygène pur (49) étant reliés de sorte qu'une partie d'air surpressé
(17) est envoyée au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur et une autre partie
d'air surpressé (15) est envoyée au vaporiseur.
11. Appareil selon l'une des revendications 6 à 10 comprenant des moyens (69) pour envoyer
un liquide cryogénique à la colonne basse pression d'une source extérieure.
1. Verfahren zur Luftabscheidung durch kryogene Destillation in einer Zerlegungseinheit,
umfassend eine Mitteldruckkolonne (23) und eine Niederdruckkolonne (25), die thermisch
miteinander verbunden sind, wobei die Niederdruckkolonne einen Sumpfverdampfer (35)
und einen Zwischenverdampfer (37) und eine Reinsauerstoffkolonne (49) umfasst, wobei
i. man gasförmige Luft, die gereinigt und dann abgekühlt wird, mit einem ersten Druck
in einer Austauschleitung in die Mitteldruckkolonne schickt,
ii. man eine mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit und eine mit Stickstoff angereicherte
Flüssigkeit von der Mitteldruckkolonne in die Niederdruckkolonne schickt,
iii. man ein stickstoffreiches Gas von der Niederdruckkolonne entnimmt,
iv. man eine sauerstoffreiche Flüssigkeit, die höchstens 97 Mol-% Sauerstoff enthält,
im Sumpf der Niederdruckkolonne entnimmt,
v. man einen ersten Durchsatz sauerstoffreicher Flüssigkeit in einen Verdampfer (51)
schickt und man so gebildeten, gasförmigen Sauerstoff in die Austauschleitung schickt,
vi. man einen zweiten Durchsatz sauerstoffreicher Flüssigkeit in den Kopf der Reinsauerstoffkolonne
schickt, die einen Sumpfverdampfer (61) aufweist, wo sie gereinigt wird, um eine Sumpfflüssigkeit
zu bilden, die wenigstens 98 Mol-% Sauerstoff enthält,
vii. man einen Durchsatz von Luft, die auf einen zweiten Druck verdichtet wird, der
höher ist als der erste Druck, in den Sumpfverdampfer der Reinsauerstoffkolonne schickt,
viii. man ein stickstoffreiches Gas im Kopf der Mitteldruckkolonne entnimmt, man es
in den Zwischenverdampfer der Niederdruckkolonne schickt und man das kondensierte
Gas in den Kopf der Mitteldruckkolonne schickt, und
ix. man ein stickstoffreiches Gas oder Luft in den Sumpfverdampfer der Niederdruckkolonne
schickt und man die Flüssigkeit, die dort kondensiert, in die Mitteldruckkolonne schickt,
dadurch gekennzeichnet, dass man Flüssigkeit vom Sumpf der Reinsauerstoffkolonne als Produkt entnimmt, man Luft,
die auf den zweiten Druck verdichtet wird, in den Verdampfer schickt, um den ersten
Durchsatz sauerstoffreicher Flüssigkeit zu verdampfen, und der erste Durchsatz sauerstoffreicher
Flüssigkeit weniger reich an Sauerstoff ist als der zweite Durchsatz sauerstoffreicher
Flüssigkeit.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man den ersten Durchsatz sauerstoffreicher Flüssigkeit
stromaufwärts von dem Verdampfer (51) druckbeaufschlagt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Durchsatz sauerstoffreicher Flüssigkeit
teilweise im Verdampfer (51) verdampft, wobei die gebildete Flüssigkeit den zweiten
Durchsatz sauerstoffreicher Flüssigkeit darstellt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Durchsatz von Luft, die auf den zweiten Druck
verdichtet wird, zuerst den Sumpfverdampfer (61) der Reinsauerstoffkolonne (49) und
danach den Verdampfer (51) erhitzt.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine kryogene Flüssigkeit (69)
von einer Hilfsquelle in die Doppelkolonne geschickt wird.
6. Einrichtung zur Luftabscheidung durch kryogene Destillation, umfassend eine Mitteldruckkolonne
(23) und eine Niederdruckkolonne (25), die thermisch miteinander verbunden sind, wobei
die Niederdruckkolonne einen Sumpfverdampfer (35) und einen Zwischenverdampfer (37)
und eine Reinsauerstoffkolonne (49) umfasst, eine Austauschleitung (63), einen Verdampfer
(51), Mittel, um gasförmige Luft, die gereinigt und dann abgekühlt wird, mit einem
ersten Druck von der Austauschleitung in die Mitteldruckkolonne zu schicken, Mittel,
um eine mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit und eine mit Stickstoff angereicherte
Flüssigkeit von der Mitteldruckkolonne in die Niederdruckkolonne zu schicken, Mittel,
um ein stickstoffreiches Gas von der Niederdruckkolonne zu entnehmen, Mittel, um eine
sauerstoffreiche Flüssigkeit, die höchstens 97 Mol-% Sauerstoff enthält, im Sumpf
der Niederdruckkolonne zu entnehmen, Mittel, um einen ersten Durchsatz sauerstoffreicher
Flüssigkeit in den Verdampfer zu schicken, eine Leitung, um den so gebildeten, gasförmigen
Sauerstoff in die Austauschleitung zu schicken, Mittel, um einen zweiten Durchsatz
sauerstoffreicher Flüssigkeit in den Kopf der Reinsauerstoffkolonne zu schicken, die
einen Sumpfverdampfer (61) aufweist, wo sie gereinigt wird, um eine Sumpfflüssigkeit
zu bilden, die wenigstens 98 Mol-% Sauerstoff enthält, einen Verdichter (13), eine
Leitung, um einen Durchsatz von Luft (17), die in dem Verdichter auf einen zweiten
Druck verdichtet wird, der höher ist als der erste Druck, in den Sumpfverdampfer der
Reinsauerstoffkolonne zu schicken, Leitungen, um ein stickstoffreiches Gas im Kopf
der Mitteldruckkolonne zu entnehmen, um es in den Zwischenverdampfer der Niederdruckkolonne
zu schicken und um das kondensierte Gas in den Kopf der Mitteldruckkolonne zu schicken,
und Leitungen, um ein stickstoffreiches Gas oder Luft in den Sumpfverdampfer der Niederdruckkolonne
zu schicken und um die Flüssigkeit, die dort kondensiert, in die Mitteldruckkolonne
zu schicken, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Leitung, um Flüssigkeit vom Sumpf (71) der Reinsauerstoffkolonne als Produkt
zu entnehmen, Mittel, um Luft (15), die auf den zweiten Druck verdichtet wird, von
dem Verdichter in den Verdampfer zu schicken, und eine Leitung umfasst, um eine Flüssigkeit
(53) von dem Verdampfer (51) in den Kopf der Reinsauerstoffkolonne (49) zu schicken.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, umfassend: eine Leitung, um eine Sumpfflüssigkeit (65)
von der Niederdruckkolonne (25) in den Kopf der Reinsauerstoffkolonne (49) zu schicken.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, wobei die Mittel, um die verdichtete Luft von dem Verdichter
(3) in den Verdampfer (51) zu schicken, mit dem Sumpfverdampfer (61) der Reinsauerstoffkolonne
(49) verbunden sind, sodass die Luft, die für den Verdampfer bestimmt ist, durch den
Sumpfverdampfer der Reinsauerstoffkolonne hindurchläuft.
9. Einrichtung nach Anspruch 7, wobei die Mittel, um einen zweiten Durchsatz sauerstoffreicher
Flüssigkeit in den Kopf der Reinsauerstoffkolonne zu schicken, von der Leitung, um
eine Sumpfflüssigkeit von der Niederdruckkolonne (65) in den Kopf der Reinsauerstoffkolonne
(49) zu schicken, gebildet werden.
10. Einrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, umfassend Mittel, um die Luft, die auf den
zweiten Druck verdichtet wird, in zwei Teile zu teilen, wobei die Mittel, um die Luft,
die auf den zweiten Druck verdichtet wird, von dem Verdichter (3) in den Verdampfer
(51) zu schicken, und die Leitung, um einen Durchsatz von Luft, die auf den zweiten
Druck verdichtet wird, in den Sumpfverdampfer (61) der Reinsauerstoffkolonne (49)
zu schicken, verbunden sind, sodass ein Teil verdichteter Luft (17) in den Sumpfverdampfer
der Reinsauerstoffkolonne geschickt wird und ein anderer Teil verdichteter Luft (15)
in den Verdampfer geschickt wird.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, umfassend Mittel (69), um eine kryogene
Flüssigkeit in die Niederdruckkolonne von einer externen Quelle zu schicken.
1. Method for separating air by cryogenic distillation in a separation unit comprising
a medium-pressure column (23) and a low-pressure column (25), thermally connected
to each other, the low-pressure column comprising a sump reboiler (35) and an intermediate
reboiler (37) and a column of pure oxygen (49) wherein:
i) gaseous air purified and then cooled is sent at a first pressure in an exchange
line to the medium-pressure column,
ii) oxygen-enriched liquid and nitrogen-enriched liquid are sent from the medium-pressure
column to the low-pressure column,
iii) nitrogen-enriched gas is taken from the low-pressure column,
iv) oxygen-enriched liquid containing at most 97% mol. of oxygen is taken from the
sump of the low-pressure column,
v) a first flow of oxygen-enriched liquid is sent to a vaporiser (51) and the gaseous
oxygen thus formed is sent to the exchange line,
vi) a second flow of oxygen-enriched liquid is sent to the top of the column of pure
oxygen, having a sump reboiler (61), where it is purified to form a sump liquid containing
at least 98% mol. of oxygen,
vii) a flow of pressurised air at a second pressure, higher than the first pressure,
is sent to the sump reboiler of the column of pure oxygen,
viii) nitrogen-enriched gas is taken at the top of the medium-pressure column, it
is sent to the intermediate reboiler of the low-pressure column and the condensed
gas is sent to the top of the medium-pressure column, and
ix) gas rich in nitrogen or air is sent to the sump reboiler of the low-pressure column
and the liquid which is condensed therein is sent to the medium-pressure column characterised in that liquid is taken from the sump of the column of pure oxygen as product, and air pressurised
at the second pressure is sent to the vaporiser to vaporise the first flow of oxygen-enriched
liquid, and the first flow of oxygen-enriched liquid is less rich in oxygen than the
second flow of oxygen-enriched liquid.
2. Method according to claim 1, wherein the first flow of oxygen-enriched liquid is pressurised
upstream of the vaporiser (51).
3. Method according to claim 1 or 2, wherein the first flow of oxygen-enriched liquid
is partially vaporised in the vaporiser (51), the liquid formed constituting the second
flow of oxygen-enriched liquid.
4. Method according to claim 3, wherein the flow of air pressurised at the second pressure
firstly heats the sump reboiler (61) of the column of pure oxygen (49) and then the
vaporiser (51).
5. Method according to any one of the preceding claims, wherein cryogenic liquid (69)
from an auxiliary source is sent to the double column.
6. Apparatus for separating air by cryogenic distillation comprising a medium-pressure
column (23) and a low-pressure column (25), thermally connected to each other, the
low-pressure column comprising a sump reboiler (35) and an intermediate reboiler (37)
and a column of pure oxygen (49), an exchange line (63), a vaporiser (51), means for
sending gaseous air purified and then cooled at a first pressure of the exchange line
to the medium-pressure column, means for sending an oxygen-enriched liquid and a nitrogen-enriched
liquid from the medium-pressure column to the low-pressure column, means for taking
nitrogen-enriched gas from the low-pressure column, means for taking oxygen-enriched
liquid containing at most 97% mol. of oxygen in the sump of the low-pressure column,
means for sending a first flow of oxygen-enriched liquid to the vaporiser, a pipe
for sending the gaseous oxygen thus formed to the exchange line, means for sending
a second flow of oxygen-enriched liquid to the top of the column of pure oxygen, having
a sump reboiler (61), where it is purified to form a sump liquid containing at least
98% mol. of oxygen, a supercharger (13), a pipe for sending a flow of air (17) pressurised
in the supercharger at a second pressure higher than the first pressure at the sump
reboiler of the column of pure oxygen, pipes for taking nitrogen-enriched gas at the
top of the medium-pressure column, to send it to the intermediate reboiler of the
low-pressure column and to send the condensed gas to the top of the medium-pressure
column and pipes to send a gas rich in nitrogen or air to the sump reboiler of the
low-pressure column and to send the liquid which condenses therein to the medium-pressure
column characterised in that it comprises a pipe for taking the sump liquid (71) from the column of pure oxygen
as product, means for sending air (15) pressurised at the second pressure of the supercharger
to the vaporiser, and a pipe for sending liquid (53) from the vaporiser (51) to the
top of the column of pure oxygen (49).
7. Apparatus according to claim 6 comprising: a pipe for sending liquid from the sump
(65) of the low-pressure column (25) to the top of the column of pure oxygen (49).
8. Apparatus according to claim 7, wherein the means for sending pressurised air from
the supercharger (3) to the vaporiser (51) are connected to the sump reboiler (61)
of the column of pure oxygen (49) such that air intended for the vaporiser passes
through the sump reboiler of the column of pure oxygen.
9. Apparatus according to claim 7, wherein the means for sending a second flow of oxygen-enriched
liquid to the top of the column of pure oxygen are constituted by the pipe for sending
liquid from the sump of the low-pressure column (65) to the top of the column of pure
oxygen (49).
10. Apparatus according to claim 6, 7 or 8 comprising means for separating air pressurised
at the second pressure into two parts, the means for sending air pressurised at the
second pressure of the supercharger (3) to the vaporiser (51) and the pipe for sending
a flow of air pressurised at the second pressure to the sump reboiler (61) of the
column of pure oxygen (49) being connected such that part of the pressurised air (17)
is sent to the sump reboiler of the column of pure oxygen and another part of pressurised
air (15) is sent to the vaporiser.
11. Apparatus according to one of claims 6 to 10 comprising means (69) for sending cryogenic
liquid to the low-pressure column from an external source.